Probing Low-Field Magnetic Characteristics of CoS₂ Single Crystals : 저 자기장 영역에서의 CoS₂ 단결정의 자성 특성 연구

국문 초록 (Abstract)

CoS2 물질은 강자성체로서, 다양하고 지속적인 연구들을 통하여 최근에도 그 새로운 물성들이 밝혀지고 있다. 본 연구에서는 CoS2 단결정이 낮은 자기장 영역에서 드러내는 자기저항(Magnetoresistance, MR)의 특이한 dip 구조의 원인을 규명하고자 하였다. 이를 통해 CoS2의 자기적 성질에 대한 이해도를 더욱 높이고, 또한 해당 물질의 연구에 있어서 다양한 접근 방법을 확대하는데에 기여하고자 하였다. 이 현상을 추적하기 위해 본 연구에서는 수직 방향 뿐만 아니라 다양한 각도에서의 자기저항을 측정하여 넓은 폭의 dip 구조가 단결정의 자성과 직접적인 관련이 있음을 확인하였다. 또한 저온 및 낮은 자기장 영역에서 유사한 거동을 설명할 수 있는 약한 반국소화(Weak-Anti Localization) 등의 이론적 모델을 바탕으로 분석을 시도하였다. 나아가 순수한 CoS2 단결정과 Ni 및 Fe를 약 5% 도핑한 단결정의 자화와 MR 거동을 비교함으로써, 미세한 밴드 구조의 변화를 설명할 수 있는 새로운 접근 방법으로 자기변형(magnetostriction)에 주목하였으며, 이를 직접 측정하였다. 그 결과, 자기장 변화에 따른 MR 비율의 변화와 자기변형에 의한 시료의 부피 변화 사이에 유의미한 상관관계가 있음을 확인할 수 있었다. 향후 보다 정밀한 측정이 가능한 장비를 개발하여 CoS2 단결정에서 나타하는 두 물리적 현상 사이의 관계를 심층적으로 규명한다면, 해당 물질에 대한 이해를 한층 더 심화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유사한 물성을 갖는 다른 물질에서도 적용 가능한 측정 및 분석 방법을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.

목차 (Table of Contents)

• 1 Introduction 1
• 2 Theory 3
• 2.1 Introduce to magnetism of CoS2 3
• 2.1.1 Magnetoresistance 3
• 2.1.2 Itinerant ferromagnet 6
• 2.2 Hall effect of the CoS2 bulk crystal 8
• 2.2.1 Ordinary Hall effect and anomalous Hall effect 8
• 2.2.2 Origins of the Anomalous Hall Effect 8
• 2.3 Phenomena under low magnetic field condition 10
• 2.3.1 Weak(Anti-)Localizations 10
• 2.3.2 Magnetostriction 12
• 2.3.3 Domain wall scattering 12
• 3 Experiments 14
• 3.1 Magnetoresistance measurement of CoS2 single crystal 14
• 3.1.1 Sample wiring and mounting 15
• 3.1.2 Magnetoresistance measurements : straight probe 1-D rotating probe 15
• 3.1.3 Cryogen-Free-Measurement-System and instrumentation 16
• 3.2 Magnetostriction of CoS2 single crystal 18
• 4 Results and Discussions 24
• 4.1 Aspects of Magnetoresistance in different conditions 24
• 4.2 Magnetostriction of CoS2 37
• 5 Summary 43